具体实施方式

概述

各种实施例基于发明人对限制VOC排放的改进的环氧化学的认识-例如，在低蒸气压下同时保持当前系统的广泛适用性-以显著降低加工成本并减轻相关联的健康危害。本公开大体上涉及根据不同实施例以不同方式提供反应性离子液体体系的技术和机制，所述反应性离子液体体系在组合时反应以形成高强度、多功能和/或添加官能团的环氧类热固性材料。这些环氧体系解决前述VOC脱气的问题。

一些实施例包括合成离子液体，例如在阴离子上并入被环氧化物(缩水甘油基)取代的阴离子。另一种这类离子液体可含有二胺和三胺的阳离子。再另一种这类离子液体可含有烷基化DABCO阳离子催化剂。室温离子液体为在低于标准条件下熔化并形成具有许多独特物理特性，包括零蒸气压的无溶剂液体的有机盐。估计大约有10⁶种形成离子液体的可能的离子对组合。合成并入反应性部分的有机盐可实现不含溶剂和不含挥发性化学物质。下面是一组减少实践的实例。

为了说明各种实施例的某些特征，关于具有相应正电荷的离子部分基团R₁和离子部分B，并且进一步关于具有负电荷的离子部分基团R₂和离子A部分以不同方式描述无溶剂离子液体环氧体系。举例来说，方案1示出在硬化剂离子液体(IL)中的正R₁ ⁺和在树脂IL中的负R₂ ^-作为一个说明性实施例。然而，在其它实施例中，离子部分基团R₁、R₂的相应电荷符号可颠倒(即，其中离子部分A、B的相应电荷符号也颠倒)。

在下面的详细描述中，参考构成本说明书一部分的附图，其中以说明的方式示出可实践的实施例。应理解，在不脱离范围的情况下可利用其它实施例并且可进行结构或逻辑改变。因此，以下详细描述不应视为具有限制意义，并且实施例的范围由所附权利要求书及其等效物限定。

可通过可有助于理解实施例的方式继而将各种操作描述为多个不连续的操作；然而，描述的顺序不应理解为暗示这些操作是顺序相关的。

出于描述的目的，呈“A/B”形式或呈“A和/或B”形式的短语意指(A)、(B)或(A和B)。出于描述的目的，呈“A、B和C中的至少一个”形式的短语意指(A)、(B)、(C)、(A和B)、(A和C)、(B和C)或(A、B和C)。出于说明的目的，呈“(A)B”形式的短语意指(B)或(AB)，即A为任选的选元素。

描述可使用术语“实施例”，其可各自指代相同或不同实施例中的一个或多个。此外，如关于实施例所使用的术语“包含”、“包括”、“具有”等为同义词，并且大体上旨在作为“开放”术语(例如，术语“包括(including)”应被解释为“包括但不限于(including butnot limited to)”，术语“具有”应被解释为“至少具有”，术语“包括(包括)”应被解释为“包括但不限于(includes but is not limited to)”等)。

关于任何复数及/或单数术语在本文中的使用，所属领域的技术人员可按适于上下文及/或应用的方式从复数转换成单数及/或从单数转换成复数。为清楚起见，本文可明确列出各种单数/复数排列。

除非上下文另有明确指示，否则单数术语“一(a/an)”、和“所述(the)”包括复数指示物。类似地，除非上下文另外明确指示，否则词“或”旨在包括“和”。需要进一步理解的是，所有分子量或分子质量值都是近似值，并且仅供说明之用。尽管与本文所描述类似或等效的方法和材料可用于本公开的实践或测试中，但是下文描述了合适的方法和材料。本文提及的所有公开、专利申请、专利和其它参考文献都以全文引用的方式并入。在有矛盾的情况下，将以本说明书(包括术语的解释)为准。此外，材料、方法和实例仅用于说明而不旨在限制。

如本文所用除非另外指示，否则应用以下术语。出于本发明的目的，根据元素周期表(Periodic Table of the Elements)，CAS版本，化学和物理手册，第75版识别化学元素。此外，有机化学的一般原理描述于“有机化学(Organic Chemistry)”Thomas Sorrell,大学科学书籍,Sausalito:1999，和“March高等有机化学(March's Advanced OrganicChemistry)”,第5版,编辑:Smith,M.B.和March,J.,约翰·威利父子公司,纽约:2001,其全部内容由此以引用的方式并入。

如本文中所使用，术语“脂肪族”或“脂肪族基”意指完全饱和或含有一个或多个不饱和单元的直链(即，未分支链)或分支链的被取代或未被取代烃链，或完全饱和或含有一个或多个不饱和单元但不是芳香族(在本文中也被称为“碳环”、“环脂肪族”或“环烷基”)的单环烃或双环烃，其与分子的其余部分具有单个附接点。除非另外说明，否则脂肪族基团含有1-6个脂肪族碳原子。在一些实施例中，脂肪族基团含有1-5个脂肪族碳原子。在其它实施例中，脂肪族基团含有1-4个脂肪族碳原子。在再其它实施例中，脂肪族基团含有1-3个脂肪族碳原子，并且在又其它实施例中，脂肪族基团含有1-2个脂肪族碳原子。在一些实施例中，“环脂肪族”(或“碳环”或“环烷基”)是指完全饱和或含有一个或多个不饱和单元但不是芳香族的单环C₃-C₆烃，所述烃具有与分子的其余部分的单一连接点。适合的脂肪族基团包括但不限于被取代或未被取代的直链或分支链烷基、烯基、炔基和其混合物，如(环烷基)烷基、(环烯基)烷基或(环烷基)烯基。

术语“低碳烷基”是指C_1-4直链或分支链烷基。示例性低碳烷基为甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、异丁基和叔丁基。

术语“低碳卤烷基”是指被一个或多个卤素原子取代的C_1-4直链或分支链烷基。

术语“杂原子”意指氧、硫、氮、磷或硅中的一种或多种(包括氮、硫、磷或硅的任何氧化形式；任何碱性氮的季铵化形式；或杂环的可取代氮，例如N(如3,4-二氢-2H-吡咯基中)、NH(如吡咯烷基中)或NR⁺(如经N取代的吡咯烷基中))。

如本文所用，术语“不饱和”意指具有一个或多个不饱和单元的部分。

如本文所使用，术语“二价C_1-8(或C_1-6)饱和或不饱和、直链或分支链烃链”是指如本文所定义直链或分支链的二价亚烷基、亚烯基和亚炔基链。

术语“亚烷基”是指二价烷基。“亚烷基链”为聚亚甲基，即，-(CH₂)_n-，其中n为正整数，优选地1至6、1至4、1至3、1至2或2至3。被取代的亚烷基链为聚亚甲基，其中一个或多个亚甲基氢原子被取代基置换。合适的取代基包括下文关于被取代的脂肪族基团所描述的取代基。

术语“亚烯基”是指二价烯基。被取代的亚烯基链为含有至少一个双键的聚亚甲基，其中一个或多个氢原子被取代基置换。合适的取代基包括下文关于被取代的脂肪族基团所描述的取代基。

“烷氧基”是指基团“烷基-O-”。烷氧基的实例包括甲氧基、乙氧基、正丙氧基、异丙氧基、正丁氧基、叔丁氧基、仲丁氧基、正戊氧基、正己氧基和1,2-二甲基丁氧基。

术语“卤素”意指F、Cl、Br或I。

术语“环”意指如本文所定义的环烷基或杂环。

如在“芳烷基”、“芳烷氧基”或“芳氧基烷基”中单独或作为较大部分的一部分使用的术语“芳基”是指具有总共五到十四个环成员的单环或双环系统，其中系统中的至少一个环是芳香族并且其中系统中的每个环含有3至7个环成员。术语“芳基”可与术语“芳基环”互换使用。

如在“芳烷基”、“芳烷氧基”或“芳氧基烷基”中单独或作为较大部分的一部分使用的术语“芳基”是指具有总共五至10个环成员的单环和双环系统，其中系统中的至少一个环是芳香族并且其中系统中的每个环含有三至七个环成员。术语“芳基”可与术语“芳基环”互换使用。在本发明的某些实施例中，“芳基”是指芳香族环系统，其包括但不限于苯基、联苯、萘基、蒽基等，它们可带有一个或多个取代基。如本文所用，在术语“芳基”的范围内还包括芳香族环与一个或多个非芳香族环稠合的基团，如茚满基、邻苯二甲酰亚胺基、萘酰亚胺基、啡啶基或四氢萘基等。

术语“芳烷基”是指芳基-亚烷基，其中芳基和亚烷基如本文所定义。

术语“芳烷氧基”是指芳基-烷氧基，其中芳基和烷氧基如本文所定义。

术语“芳氧基烷基”是指芳基-O-亚烷基，其中芳基和亚烷基如本文所定义。

单独或作为较大部分的一部分使用的术语“杂芳基”和“杂芳-”，例如“杂芳烷基”或“杂芳烷氧基”是指具有5至10个环原子，优选地5、6或9个环原子；在环阵列中共用6、10或14个π电子；并且除碳原子之外还具有一至五个杂原子的基团。杂芳基包括但不限于噻吩基、呋喃基、吡咯基、咪唑基、吡唑基、三唑基、四唑基、噁唑基、异噁唑基、噁二唑基、噻唑基、异噻唑基、噻二唑基、吡啶基、哒嗪基、嘧啶基、吡嗪基、吲哚嗪基、嘌呤基、萘啶基及蝶啶基。如本文所用，术语“杂芳基”和“杂芳-”还包括杂芳香族环与一个或多个芳基、环脂肪族或杂环基环稠合的基团，其中连接基团或点位于杂芳香族环上。非限制性实例包括吲哚基、异吲哚基、苯并噻吩基、苯并呋喃基、二苯并呋喃基、吲唑基、苯并咪唑基、苯并噻唑基、喹啉基、异喹啉基、噌啉基、酞嗪基、喹唑啉基、喹喔啉基、4H-喹嗪基、咔唑基、吖啶基、啡嗪基、啡噻嗪基、啡噁嗪基、四氢喹啉基、四氢异喹啉基和吡啶并[2,3-b]-1,4-噁嗪-3(4H)-酮。杂芳基可为单环或双环的。术语“杂芳基(heteroaryl)”可与术语“杂芳基环(heteroaryl ring)”、“杂芳基(heteroaryl group)”或“杂芳香族(heteroaromatic)”互换使用，这些术语中的任一个都包括任选地被取代的环。术语“杂芳烷基”是指被杂芳基取代的烷基，其中烷基和杂芳基部分独立地任选被取代。

如本文所用，术语“杂环(heterocycle)”、“杂环基(heterocyclyl)”、“杂环基(heterocyclic radical)”和“杂环(heterocyclic ring)”可互换使用并且是指饱和或部分不饱和的稳定5至7元单环或7至10元双环杂环部分，并且除碳原子之外，还具有一个或多个，优选地一到四个如上文所定义的杂原子。当关于杂环的环原子使用时，术语“氮”包括被取代的氮。举例来说，在具有0至3个选自氧、硫或氮的杂原子的饱和或部分不饱和环中，氮可为N(如在3,4-二氢-2H-吡咯基中)、NH(如在吡咯烷基中)或⁺NR(如在N上被取代的吡咯烷基中)。

杂环可在任何杂原子或碳原子处连接到其侧基，从而产生稳定结构，并且任何环原子可任选地被取代。这类饱和或部分不饱和杂环基的实例包括但不限于四氢呋喃基、四氢硫基苯基、吡咯烷基、哌啶基、吡咯啉基、四氢喹啉基、四氢异喹啉基、十氢喹啉基、噁唑烷基、哌嗪基、二氧杂环己烷基、二氧杂环戊环基、二氮呯基、噁氮呯基、噻环氮己三烯基、吗啉基和奎宁环基。术语“杂环(heterocycle)”、“杂环基(heterocyclyl)”、“杂环基环(heterocyclyl ring)”、“杂环基团(heterocyclic group)”、“杂环部分(heterocyclicmoiety)”和“杂环基(heterocyclic radical)”在本文中可以互换使用，并且还包括杂环基环与一或多个芳基、杂芳基或环脂肪族环稠合的基团，如吲哚啉基、3H-吲哚基、色烷基、啡啶基或四氢喹啉基，其中连接基团或点位于杂环基环上。杂环基可为单环或双环的。术语“杂环基烷基”是指被杂环基取代的烷基，其中烷基和杂环基部分独立地任选地被取代。

如本文所用，术语“部分不饱和”是指包括至少一个双键或三键的环部分。术语“部分不饱和”旨在涵盖具有多个不饱和位点的环，但不旨在包括如本文中所定义的芳基或杂芳基部分。

如本文所描述，本发明的化合物可含有“任选地被取代”的部分。一般来说，术语“被取代”，无论前面是否有术语“任选地”，都意指指定部分的一个或多个氢被合适的取代基置换。除非另外指示，否则“任选地被取代”基团可在基团的每个可取代位置处具有合适的取代基，并且当任何既定结构中的多于一个位置可被多于一个选自规定基团的取代基取代时，在每一位置处取代基可为相同或不同的。本发明所设想的取代基组合优选地是使稳定或化学上可行的化合物形成的取代基组合。如本文所用，术语“稳定”是指化合物在经历允许其产生、检测和在某些实施例中，其回收、纯化以及用于本文所公开的一或多个目的时，基本上不发生改变。

在“任选地被取代的”基团的可取代碳原子上的合适的一价取代基独立地为卤素；-(CH₂)_0-4R^o；-(CH₂)_0-4OR^o；-O(CH₂)_0-4R^o、-O-(CH₂)_0-4C(O)OR^o；-(CH₂)_0-4CH(OR^o)₂；-(CH₂)_{0- 4}SR^o；-(CH₂)_0-4Ph，其可被R^o取代；-(CH₂)_0-4O(CH₂)_0-4Ph，其可被R^o取代；-CH═CHPh，其可被R^o取代；(CH₂)_0-4O(CH₂)_0-1-吡啶基，其可被R^o取代；-NO₂；-CN；-N₃；-(CH₂)_0-4N(R^o)₂；-(CH₂)_0-4N(R^o)C(O)R^o；-N(R^o)C(S)R^o；-(CH₂)_0-4N(R^o)C(O)NR^o ₂；-N(R^o)C(S)NR^o ₂；-(CH₂)_0-4N(R^o)C(O)OR^o；-N(R^o)N(R^o)C(O)R^o；-N(R^o)N(R^o)C(O)NR^o ₂；-N(R^o)N(R^o)C(O)OR^o；-(CH₂)_0-4C(O)R^o；-C(S)R^o；-(CH₂)_0-4C(O)OR^o；-(CH₂)_0-4C(O)SR^o；-(CH₂)_0-4C(O)OSiR^o ₃；-(CH₂)_0-4OC(O)R^o；-OC(O)(CH₂)_0-4SR^o-；-(CH₂)_0-4SC(O)R^o；-(CH₂)_0-4C(O)NR^o ₂；-C(S)NR^o ₂；-C(S)SR^o；-SC(S)SR^o、-(CH₂)_0-4OC(O)NR^o ₂；-C(O)N(OR)R^o；-C(O)C(O)R^o；-C(O)CH₂C(O)R^o；-C(NOR)R^o；-(CH₂)_{0- 4}SSR^o；-(CH₂)_0-4S(O)₂R；-(CH₂)_0-4S(O)₂OR^o；-(CH₂)_0-4OS(O)₂R^o；-S(O)₂NR^o ₂；-(CH₂)_0-4S(O)R^o；-N(R^o)S(O)₂NR^o ₂；-N(R^o)S(O)₂R^o；-N(OR^o)R^o；-C(NH)NR^o ₂；-P(O)₂R^o；-P(O)R^o ₂；-OP(O)R^o ₂；-OP(O)(OR^o)₂；SiR^o ₃；-(C_1-4直链或分支链亚烷基)O-N(R^o)₂；或-(C_1-4直链或分支链亚烷基)C(O)O-N(R^o)₂，其中每个R^o可如下文所定义被取代，并且独立地为氢、C_1-6脂肪族、-CH₂Ph、-O(CH₂)_0-1Ph、-CH₂-(5-6元杂芳基环)，或具有0-4独立地选自氮、氧或硫的5-6元饱和、部分不饱和的，或芳基环，或尽管有上述定义，但是两个独立存在的R^o与其中间原子结合在一起形成具有0-4个独立地选自氮、氧或硫的杂原子的3-12元饱和、部分不饱和或芳基单环或双环，其可如下文所定义被取代。

在R^o(或通过两个独立存在的R^o与其中间原子结合一起形成的环)上合适的一价取代基独立地为卤素、-(CH₂)_0-2R^·、-(haloR^·)、-(CH₂)_0-2OH、-(CH₂)_0-2OR^·、-(CH₂)_0-2CH(OR^·)₂、-O(haloR^·)、-CN、-N₃、-(CH₂)_0-2C(O)R^·、-(CH₂)_0-2C(O)OH、-(CH₂)_0-2C(O)OR^·、-(CH₂)_0-2SR^·、-(CH₂)_0-2SH、-(CH₂)_0-2NH₂、-(CH₂)_0-2NHR^·、-(CH₂)_0-2NR^· ₂、-NO₂、-SiR^· ₃、-OSiR^· ₃、-C(O)SR^·、-(C_1-4直链或分支链亚烷基)C(O)OR^·，或-SSR^·；其中每个R^·为未被取代的，或在前面为“卤基”的情况下，仅被一个或多个卤素取代，并且独立地选自C_1-4脂肪族、-CH₂Ph、-O(CH₂)_0-1Ph，或具有独立地选自氮、氧或硫的0-4个杂原子的5-6元饱和、部分不饱和或芳基环。在R^o的饱和碳原子上的合适的二价取代基包括═O和═S。

在“任选地被取代的”基团的饱和碳原子上合适的二价取代基包括以下：＝O、＝S、＝NNR*₂、＝NNHC(O)R*、＝NNHC(O)OR*、＝NNHS(O))₂R*,＝NR*,＝NOR*,-O(C(R*2))_2-3O-，或-S(C(R*₂))_2-3S-，其中每个独立存在的R*选自氢、C_1-6脂肪族，其可如下定义被取代，或具有0-4个独立地选自氮、氧或硫的杂原子的未被取代的5-6元饱和、部分不饱和或芳基环。结合到“任选地被取代的”基团的邻位可取代碳的适合二价取代基包括：-O(CR^* ₂)_2-3O-，其中每个独立存在的R^*选自氢、可如下文所定义被取代的C_1-6脂肪族基或具有0-4个独立地选自氮、氧或硫的杂原子的未被取代的5-6元饱和、部分不饱和或芳基环。

在R*的脂肪族基团上的合适的取代基包括卤素、-R^·、-(haloR^·)、-OH、-OR^·、-O(haloR^·)、-CN、-C(O)OH、-C(O)OR^·、-NH₂、-NHR^·、-NR^· ₂或-NO₂，其中每个R^·为未被取代的，或在前面为“卤基”的情况下，仅被一个或多个卤素取代，并且独立地为C_1-4脂肪族、-CH₂Ph、-O(CH₂)_0-1Ph或具有0-4个独立地选自氮、氧或硫的杂原子的5-6元饱和、部分不饱和或芳基环。

在“任选地被取代的”基团的可取代氮上的合适的取代基包括 或其中每个独立地为氢、C_1-6脂肪族，其可如下文所定义被取代、未被取代的-OPh，或具有0-4个独立地选自氮、氧或硫的杂原子的未被取代的5-6元饱和、部分不饱和或芳基环，或尽管有上述定义，但是两个独立存在的与其中间原子结合在一起形成具有0-4个独立地选自氮、氧或硫的杂原子的未被取代的3-12元饱和、部分不饱和或芳基单环或双环。

在的脂肪族基团上的合适的取代基独立地为卤素、-R^·、-(haloR^·)、-OH、-OR^·、-O(haloR^·)、-CN、-C(O)OH、-C(O)OR^·、-NH₂、-NHR^·、-NR^· ₂或-NO₂，其中每个R^·为未被取代的，或在前面为“卤基”的情况下，仅被一个或多个卤素取代，并且独立地为C_1-4脂肪族、-CH₂Ph、-O(CH₂)_0-1Ph，或具有0-4个独立地选自氮、氧或硫的杂原子的5-6元饱和、部分不饱和或芳基环。

除非另外说明，否则本文中所描绘的结构还意指包括所述结构的所有异构(例如，对映异构、非对映异构和几何异构(或构象异构))形式；例如，关于每个不对称中心的R与S构形、Z与E双键异构体，以及Z与E构象异构体。因此，本发明化合物的单一立体化学异构体以及对映异构、非对映异构和几何异构(或构象异构)混合物都在本发明的范围内。除非另外说明，否则本发明化合物的所有互变异构形式都在本发明的范围内。

术语“促进剂”旨在是指在本身不受影响的情况下引发或加快(例如加速)化学反应的物质。

术语“交联剂”旨在是指通过共价或离子键连接两个聚合物链的添加剂。交联剂大体上基于其反应性、长度和溶解度选择。交联剂也可在添加到样品时自发反应或在特定时间，例如通过光反应基团活化。在传统的环氧树脂体系中，交联剂为一组具有多于两个能够打开环氧化物环的亲电基团的化合物。除了常见的线性硬化剂之外，三或四官能化交联剂的引入创造了多维聚合物网络，比线性环氧树脂提高了硬度、强度和耐化学性，并产生了具有更高熔融温度的热固性聚合物。在一些实施例中，离子液体被改性以用作离子热固性交联剂(IT-交联剂)。

术语“增塑剂”旨在是指改变材料的机械特性的物质。增塑剂改变添加它们的材料的物理特性。举例来说，增塑剂可降低聚合物链之间的吸引力，以使它们更柔韧。增塑剂可赋予柔韧性、可加工性、耐用性或拉伸性。增塑剂可改变刚性、变形性、伸长率；材料(如聚合物)的韧性、加工粘度、使用温度等。增塑剂通常为低挥发性的液体或固体。一些用作增塑剂的离子液体在图16A-16F中示出，并且它们都可用作离子液体环氧化物体系中的第二离子液体。

术语“抑制剂”旨在指降低化学反应速率或防止化学反应的物质。

术语“离子液体”为液态的盐。离子液体主要由离子和短寿命离子对制成。根据定义，离子液体没有蒸气压。这些物质被称为液体电解质、离子熔体、离子流体、熔融盐、液体盐或离子玻璃。任何在不分解或蒸发的情况下熔融的盐通常产生离子液体。室温离子液体是有机盐，其在低于100℃下熔融并形成无溶剂液体，具有一些独特的物理特性，包括零蒸气压。估计有106至1014种形成离子液体的可能的离子对组合。一般来说，可合成并入反应性部分的离子液体，实现不含溶剂和不含挥发性化学物质用于广泛的目的。具体来说，本文在一些实施例中公开合成的离子液体，其并入被环氧化物(缩水甘油基)取代的阴离子/阳离子，以及被设计用于环氧化物聚合反应的被二胺部分取代的相应阴离子/阳离子。

“生物活性离子液体”(BAIL)为具有生物活性的离子液体的类型。图8、9A-9F和15A-15F中提供了示例性BAIL。

术语“离子疏水化合物”是指由正和负离子对制成的与水不混溶，但对水具有一定溶解度和在水中的溶解度的化合物。

术语“超疏水化合物”是指在水中不混溶并且对水的溶解度不超过10重量％的化合物。

术语“离子亲水化合物”是指由正和负离子对制成的化合物，可溶于水，并示出从气相中积累溶解水的能力。

术语“离子过渡疏水/亲水化合物”是指由正和负离子对构成的化合物，其如上文所描述的疏水或亲水特征可根据化学或环境输入，如(但不限于)pH、CO2分压、相对湿度或温度从一种转变为另一种。

术语“反应条件”旨在是指进行化学反应的物理和/或环境条件。术语“在足以……的条件下”或“在足以……的反应条件下”旨在是指可进行期望化学反应的反应条件。反应条件的实例包括但不限于以下中的一种或多种：反应温度、溶剂、pH、压力、反应时间、反应物的摩尔比、碱或酸或催化剂的存在、辐射、浓度等。反应条件可根据其中采用所述条件的特定化学反应如偶联条件、氢化条件、酰化条件、还原条件等命名。大部分反应的反应条件通常是本领域技术人员已知的或者可以很容易地从文献中获得。足以进行本文提供的化学转化的示例性反应条件可在全文中找到，特别是在以下实施例中。还预期反应条件可包括除具体反应中列出的那些之外的试剂。

几个实施例的描述

本文公开一种环氧体系，其包括硬化剂化合物(H)和环氧化合物(E)。通常，硬化剂化合物和环氧化合物分别提供，并且然后当使用时混合以形成聚合物。在实施例中，硬化剂化合物具有根据以下的分子结构：

Y¹-R₁-Y²，

其中R₁为离子部分，并且Y¹和Y²键合到R₁。在某些实施例中，Y¹为或包括亲核基团。在某些实施例中，Y²为或包括亲核基团。在某些实施例中，Y¹和Y²是相同的。在某些实施例中，Y¹和Y²是不同的。在具体实例中，Y¹和Y²包含独立地选自以下的亲核试剂：NH₂基团、SH基团、OH基团、SeH基团和PH₂基团。在某些实施例中，硬化剂化合物(H)为无溶剂离子液体的一部分，如其组分，例如作为具有充当R₁的抗衡离子的离子部分A的分子络合物。Y¹-R₁-Y²的实例在表1和图4、5、6、7、8、10A-10I和17A-17D中示出。离子抗衡离子的实例在图4、5、6、7、8、9、10A-10I、13A-17D中示出。

在实施例中，硬化剂化合物具有根据以下的分子结构：

R₁-(Y¹)_n，

其中R₁为离子部分并且Y¹键合到R₁。在某些实施例中，Y¹为或包括亲核基团。在某些实施例中，各个Y¹基团是相同的。在实施例中，n为在2和10之间的整数，如2、3、4、5、6、7、8、9或10或其中的任何子集。在某些实施例中，各个Y¹基团是不同的。在具体实例中，各个Y¹基团包含独立地选自以下的亲核试剂：NH₂基团、SH基团、OH基团、SeH基团和PH₂基团。在某些实施例中，硬化剂化合物(H)为无溶剂离子液体的一部分，如其组分，例如作为具有充当R₁的抗衡离子的离子部分A的分子络合物。R₁-(Y¹)_n的实例在表1和图4、5、6、7、8、10A-10I和17A-17D中示出。离子抗衡离子的实例在图4、5、6、7、8、9、10A-10I、13A-17D中示出。

所公开的环氧体系还包括环氧化合物E。在实施例中，环氧化合物具有根据以下的分子结构：

Z¹-R₂-Z²，

其中R₂为离子部分，Z¹为或包括环氧基团，并且Z²为或包括环氧基团。在某些实施例中，Z¹和Z²相同。在某些实施例中，Z¹和Z²不相同。在某些实施例中，环氧化合物(E)为无溶剂离子液体的一部分，如其组分，例如作为具有充当R₂的抗衡离子的离子部分B的分子络合物。Z¹-R₁-Z²的实例在表1和图4、5、6、7、8、10A-10I和17A-17D中示出。离子抗衡离子的实例在图4、5、6、7、8、9、10A-10I、13A-17D中示出。

在实施例中，环氧化合物具有根据以下的分子结构：

R₂-(Z¹)_n，

其中R₂为离子部分，Z¹为或包括环氧基团。在某些实施例中，各个Z¹基团是相同的。在某些实施例中，各个Z¹基团是不同的。在实施例中，n为在2和10之间的整数，如2、3、4、5、6、7、8、9或10或其中的任何子集。在某些实施例中，环氧化合物(E)为无溶剂离子液体的一部分，如其组分，例如作为具有充当R₂的抗衡离子的离子部分B的分子络合物。R₂-(Z¹)_n的实例在表1和图4、5、6、7、8、10A-10I和17A-17D中示出。离子抗衡离子的实例在图4、5、6、7、8、9、10A-10I、13A-17D中示出。

在某些实施例中，环氧体系还包括促进剂、交联剂、增塑剂或抑制剂中的一种或多种。促进剂、交联剂、增塑剂和/或抑制剂可与硬化剂化合物、环氧化合物一起包括或甚至作为体系的单独的组分包括。促进剂、交联剂、增塑剂和抑制剂离子的实例在图10A-10I和16A-16F中示出。

在某一实施例中，环氧体系还包括离子疏水和/或超疏水化合物。在实施例中，离子疏水和/或超疏水化合物可与环氧和硬化剂化合物中的任一个或两个一起提供，硬化剂化合物，例如作为抗衡离子A，环氧化合物，例如作为抗衡离子B，或两者，例如作为抗衡离子A和抗衡离子B。在实施例中，在硬化剂化合物H和环氧化合物E聚合后，离子疏水和/或超疏水化合物作为离子液体释放，以改变产生的聚合物的特性。这类离子疏水和/或超疏水化合物为所属领域中已知的，并且代表性实例可在图5和6中找到。

在某一实施例中，环氧体系还包括离子亲水化合物。在实施例中，离子亲水化合物可与以下中的任一个或两个一起提供：硬化剂化合物，例如作为抗衡离子A，环氧化合物，例如作为抗衡离子B，或两者，例如作为抗衡离子A和抗衡离子B。在实施例中，在硬化剂化合物H和环氧化合物E聚合后，离子亲水化合物作为离子液体释放，以改变产生的聚合物的特性。这类离子亲水化合物为所属领域中已知的。

在某一实施例中，环氧体系还包括离子过渡疏水/亲水化合物。在实施例中，离子过渡疏水/亲水化合物可与以下中的任一个或两个一起提供：硬化剂化合物，例如作为抗衡离子A，环氧化合物，例如作为抗衡离子B，或两者，例如作为抗衡离子A和抗衡离子B。在实施例中，在硬化剂化合物H和环氧化合物E聚合后，离子过渡疏水/亲水化合物作为离子液体释放，以改变产生的聚合物的特性。这类离子过渡疏水/亲水化合物所属领域中已知的，并且代表性实例可在图7中找到。

在某一实施例中，环氧体系还包括生物活性(BAIL，生物活性离子液体)化合物。在实施例中，生物活性(BAIL，生物活性离子液体)化合物可与以下中的任一个或两个一起提供：硬化剂化合物，例如作为抗衡离子A，环氧化合物，例如作为抗衡离子B，或两者，例如作为抗衡离子A和抗衡离子B。在实施例中，在硬化剂化合物H和环氧化合物E聚合后，生物活性(BAIL，生物活性离子液体)化合物作为离子液体释放，以改变产生的聚合物的特性。这类生物活性(BAIL，生物活性离子液体)化合物为所属领域中已知的，并且代表性实例可在图8、9A-9F和15A-15F中找到。

在某一实施例中，环氧体系还包括增塑剂化合物。在实施例中，增塑剂化合物可与以下中的任一个或两个一起提供：硬化剂化合物，例如作为抗衡离子A，环氧化合物，例如作为抗衡离子B，或两者，例如作为抗衡离子A和抗衡离子B。在实施例中，在硬化剂化合物H和环氧化合物E聚合后，增塑剂化合物作为离子液体释放，以改变产生的聚合物的特性。这类增塑剂化合物为所属领域中已知的，并且代表性实例可在图16A-16F中找到。在某些实施例中，增塑剂化合物具有低(低于10^-7巴蒸气压)至零挥发性。

方案1

方案1示出根据公开的实施例在各自包括相应离子部分基团和对应抗衡离子的第一化合物和第二化合物之间的聚合反应的实例。

方案1.环氧化物体系的简化聚合反应。

更具体地，方案1说明根据实施例的公开的环氧体系的实例。如图所示，环氧体系包括硬化剂化合物H和环氧化合物E。如所描绘，硬化剂化合物H包括阳离子分子结构(Y¹-R₁-Y²)，其含有离子部分基团R₁，和键合的Y¹和Y²基团，例如以化学方式键合到R₁。如第一反应中所示，硬化剂化合物H还包括阴离子部分A^-，例如抗衡离子，在R₁处与阳离子分子结构(Y¹-R₁-Y²)结合。如图所示，环氧化合物E具有阴离子分子结构(Z¹-R₂-Z²)，其包括离子部分基团R₂和结合到R₂的两个环氧化物/亲电(本文由“Z”表示)基团。此外，环氧化合物E包括与阴离子分子结构(Z¹-R₂-Z²)结合的阳离子部分B⁺，例如充当R₂的抗衡离子。如第二反应中所示，硬化剂化合物H还包括阴离子部分A⁺，例如抗衡离子，在R₁处与阴离子分子结构(Y¹-R₁-Y²)结合。如图所示，环氧化合物E具有阳离子分子结构(Z¹-R₂-Z²)，其包括离子部分基团R₂和键合到R₂的两个环氧化物/亲电(本文由“Z”表示)基团。此外，环氧化合物E包括阴离子部分B^-，与阴离子分子结构(Z¹-R₂-Z²)结合，例如充当R₂的抗衡离子。如第三反应中所示，硬化剂化合物H还包括阴离子部分A^-，例如抗衡离子，在R₁处与阳离子分子结构(Y¹-R₁-Y²)结合。如图所示，环氧化合物E具有阳离子分子结构(Z¹-R₂-Z²)，其包括离子部分基团R₂和键合到R₂的两个环氧化物/亲电(本文由“Z”表示)基团。此外，环氧化合物E包括阴离子部分B^-，与阴离子分子结构(Z-R₂-Z)结合，例如充当R₂的抗衡离子。如第四反应中所示，硬化剂化合物H还包括阳离子部分A⁺，例如抗衡离子，在R₁处与阳离子分子结构(Y¹-R₁-Y²)结合。如图所示，环氧化合物E具有阳离子分子结构(Z¹-R₂-Z²)，其包括离子部分基团R₂和键合到R₂的两个环氧化物/亲电(本文由“Z”表示)基团。此外，环氧化合物E包括与阴离子分子结构(Z¹-R₂-Z²)结合的阳离子部分B⁺，例如充当R₂的抗衡离子。

除非另外指示，否则“阴离子”-如在“阴离子分子结构”、“阴离子部分”、“阴离子部分基团”等的特定上下文中使用的-是指提供负电荷以促进与对应“阳离子”结构/部分/基团的正电荷结合的原子或分子结构(例如，分子或其部分)的特性。举例来说，阴离子部分A^-可通过离子键(例如其中A^-为单原子)或通过例如分子间键键合到离子部分基团R₁。替代地或另外，阳离子部分B⁺可通过离子键(例如其中B⁺为单原子)或通过分子间键键合到离子部分基团R₂。在一些实例中，阳离子部分A⁺可通过离子键(例如其中A⁺为单原子)或例如通过分子间键键合到离子部分基团R₁。替代地或另外，阴离子部分B^-可通过离子键(例如其中B^-为单原子)或通过分子间键键合到离子部分基团R₂。

在方案1中示出的实例反应路径中，Y¹和/或Y₂可为亲核基团-例如包括但不限于-NH₂、-SH、-OH、-SeH、-PH₂或其它亲核取代基。在分子结构(Y¹-R₁-Y²)中，至少一种这类Y基团可与分子结构(Z¹-R₂-Z²)的环氧基团反应，以用于完成的聚合反应中的稳定的化学键-例如形成二聚体-。

表1示出可以不同方式用于相应离子液体环氧体系的分子结构的实例。应注意，上标数字(例如，R¹、R²、R³、R⁴等)在本文中用于指示部分基团的组分结构，例如，替代地使用下标数字(例如，R₁、R₂)识别。

表1：在方案1中R₁和R₂的可能结构的实例

R¹、R²、R³、R⁴、R⁵、R⁶、R⁷和R⁸可为任何合适的链，Y¹和/或Y²可为亲核基团-例如包括但不限于-NH₂、-SH、-OH、-SeH、-PH₂。Y¹和/或Y²和环氧部分(环氧基为可为任何适合于与Y¹和/或Y²反应并且形成永久性化学键的亲电基团的Z基团的实例)可在R₁和R₂之间交换。阴离子部分可为任何合适的阴离子取代基。

如由方案1中示出的实施例说明，键合到离子部分基团R₁的Y¹和/或Y²基团可为胺基(例如其中Y¹和/或Y²为伯胺基)。硬化剂化合物H可用作与环氧化合物E反应的硬化剂。化合物H、E的反应可导致环氧基中的一个与Y¹和/或Y²基团中的一个形成链-例如其中单独的副产物分子通过阴离子部分A^-和阳离子部分B⁺形成。某些实施例以不同方式促进选择R₁、R₂、Z¹和/或Z²、Y¹和/或Y²、A^-、A⁺和B^-和B⁺的各种组合，以实现期望材料特性，同时提供显著降低的VOC副产物。

在方案1中示出的实例实施例中，第一化合物包括离子部分基团R₁和对应的抗衡离子A，而第二化合物包括离子部分基团R₂和对应的抗衡离子B。在方案1中示出的说明性反应路径表示由聚合反应形成二聚体的实例。

离子部分R₁和R₂基团的各种组合是可能的，并且如果仔细选择对应抗衡离子(A和B)，那么两种化合物可形成第二离子液体(A^-B⁺)，限制或甚至避免从离子液体环氧体系排放VOC的可能性。还考虑使用相同电荷的离子液体树脂和离子液体硬化剂，其中不会产生第二离子液体，但永久电荷保留在聚合物链中以补偿对应的抗衡离子，如方案1中最后两个实施例所示。在表1所示的最后四个实例中，B⁺指示R₁和R₂基团性质上为离子的。

本公开的方面还涉及通过本文公开的环氧化物体系的聚合产生的聚合物。在实施例中，由于沿聚合物链存在稳定电荷，通过静电吸引驱动修复过程，因此在硬化剂化合物H和环氧化合物E聚合后产生的聚合物可包含自修复特性。在实施例中，在硬化剂化合物H和环氧化合物E聚合后产生的聚合物形成高度并且规则的多孔体系，其可用于但不限于：滤膜、置换第二离子液体之后的固体电解质、交换膜等。在某些实施例中，聚合物包含固体电解质。本文公开包含聚合物的电子部件。在实施例中，电子部件为电池、电容器、压电材料和/或电致动器的部件。

合成方法

方案2

方案2示出根据本文中所公开的实施例合成环氧体系的硬化剂化合物的实例反应。这类反应可促进制造硬化剂化合物H中的一些或全部，例如如方案1中所示。

如方案2中所示，二胺咪唑鎓离子液体的类别提供可用作环氧树脂聚合物体系中的硬化剂的胺化学物质，如本文公开的那些。举例来说，方案2的说明性反应提供溴化1,3-二(2'-氨基亚乙基)-2-甲基咪唑鎓。

合成的第一步为使用三苯甲基氯(2)保护溴乙胺(1)中的氨基，并将所得化合物(3)在2-甲基咪唑(4)中在碱性条件下(在二甲基甲酰胺(DMF)中回流12小时)取代，以获得双取代的中间体(5)。在酸性介质中，在二噁烷中进行胺基的脱保护，以获得盐酸盐衍生物(6)，并且通过使用NaOH仔细完成中和，以便获得目标化合物(7)。

方案2。合成溴化1,3-二(2'-氨基亚乙基)-2-甲基咪唑鎓

获得了目标化合物(7)的全质子NMR光谱表征(见图1)，示出与预期特征相关的适当峰。获得的材料为高度粘稠的棕色液体。额外研究指示，此硬化剂在至少6个月的时间窗口内(在实验室架子、密闭容器中没有惰性气氛的情况下储存)的稳定性没有分解迹象。包括化合物(7)的离子液体硬化剂在没有聚合反应的促进剂或改性剂的情况下针对市售树脂(质量比1:1)进行测试。测试表明，硬化剂在120℃的固化温度下两小时有效产生棕色固体材料。

方案3

方案3示出根据本文中所公开的实施例合成包括如方案1中所示阴离子分子结构(Z¹-R₂-Z²)的环氧化合物的方法中的反应的实例。如图所示，可使用改进的Arbuzov反应产生二环氧酸次膦酸酯的合成。在方案3中示出的实例反应中，酸性化合物(9)用四烷基氢氧化鏻中和，以便获得对应的鏻离子液体，其中R⁵可为烷基，如具有在1和16之间的碳原子，如1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15或16个碳原子的烷基。

方案3。二环氧酸次膦酸酯的合成，其中R⁵为烷基。

方案4

方案4示出根据本文中所公开的实施例合成包括如方案1中所示阴离子分子结构(Z¹-R₂-Z²)的环氧化合物的方法中的反应的另一个实例。更具体地，方案4示出通过将离子部分添加到单体结构中来合成双酚A二缩水甘油醚(2,2-双[4-(缩水甘油基氧基)苯基]丙烷)类似物(方案4)。

方案4。一般双酚A二缩水甘油醚离子液体结构。

方案5

方案5示出根据本文中所公开的实施例合成包括如方案1中所示阴离子分子结构(Z¹-R₂-Z²)的环氧化合物的方法中的反应的另一个实例。在方案5的说明性二缩水甘油化反应中，4-羟基-γ-(4-羟基苯基)-γ-甲基-苯丁酸甲酯(10)与表氯醇(11)在碱性条件下在100℃反应15分钟.这类反应可以导致产率高于90％的γ-甲基-4-(2-环氧乙烷基甲氧基)-γ-[4-(2-环氧乙烷基甲氧基)苯基]-苯丁酸甲酯(12)。在图2中示出对一种这类反应产生的材料的质子NMR分析。图2示出指示化合物(12)为主要组分的特征峰。

方案5。4-羟基-γ-(4-羟基苯基)-γ-甲基-苯丁酸甲酯的二缩水甘油化的一般程序。

方案6

方案6示出根据本文中所公开的实施例合成包括如方案1中所示阴离子分子结构(Z¹-R₂-Z²)的环氧化合物的方法中的反应的另一个实例。举例来说，方案6中所示的反应可从方案5中所示的反应继续。

如方案6所示，-OMe(氧/甲基)部分可水解-例如，无需进一步纯化-使用NaOH(3eq)/丙酮/水在0℃下混合并使其升温至室温1.5小时，(方案6)。当反应后进行TLC时，延长的反应时间并未示出与期望产物的偏差。游离酸衍生物(13),γ-甲基-4-(2-环氧乙烷基甲氧基)-γ-[4-(2-环氧乙烷基甲氧基)苯基]-苯丁酸以定量产率获得，并在CDCl₃中通过质子NMR充分表征.

方案6。γ-甲基-4-(2-环氧乙烷基甲氧基)-γ-[4-(2-环氧乙烷基甲氧基)苯基]-苯丁酸甲酯的到基团的水解的一般程序。

获得的化合物(13)典型谱的实例在图3中示出。图3表明化合物(13)的所有特征特点。反应产物的NMR还示出存在在净化过程期间使用的溶剂(乙酸乙酯)。

方案7

方案7示出根据本文中所公开的实施例合成包括如方案1中所示阴离子分子结构(Z¹-R₂-Z²)的环氧化合物的方法中的反应的另一个实例。举例来说，方案7中所示的反应可从方案6中所示的反应继续。为了减轻化合物(13)中环氧基团的破坏可能性，可在甲醇中进行离子液体形成，使用等摩尔量的四丁基氢氧化鏻(14)中和苯丁酸质子(方案7)，和在真空(30mmHg)下在45℃下快速去除甲醇MeOH(15分钟混合时间)和产生的水4小时，并且在室温和全真空下干燥24小时。在这类方法的试运行中，获得深黄色粘稠液体。

方案7。合成四丁基鏻γ-甲基-4-(2-环氧乙烷基甲氧基)-γ-[4-(2-环氧乙烷基甲氧基)苯基]-苯丁酸酯的一般程序。

在实施例中，可将等摩尔量的化合物(15)离子液体树脂和化合物(7)离子液体硬化剂组合-例如，在室温下手动混合并倒入1.5ml硅模具中，并在120℃下在真空烘箱中放置过夜12小时。组合的化合物(7)和(15)的反应产生具有油腻特点和橡胶状韧性的固体材料。从理论上讲，这类特性可能与环氧体系中相对少量的交联剂有关。为了探究此假设，制备一种新的离子液体硬化剂。在聚合过程中期间产生的第二离子液体为四丁基溴化鏻

方案8

方案8示出在合成脂肪族性质的环氧化合物的方法中的反应实例：2,2-双(缩水甘油氧基甲基)丙酸(21)的四丁基鏻盐。合成路线包括3个步骤：市售的2,2-双(羟甲基)丙酸(16)与烯丙基溴(17)在甲苯中用NaOH进行烷基化。该反应需要过夜回流才能完成并以90％的产率产生二烯丙基中间体(18)。产物非常纯，并且下一步不需要进一步纯化。通过标准方法用间氯过苯甲酸(19)在室温下将烯烃中间体(18)氧化成环氧化物(20)过夜。此方法需要繁琐的柱纯化，但环氧化产物(20)的产率为90％。目标离子液体环氧树脂(21)的形成在甲醇中与等摩尔量的氢氧化四丁基鏻(14)通过在方案7中对化合物(15)描述的类似方法进行。

方案8。2,2-双(缩水甘油氧基甲基)丙酸四丁基鏻的合成

方案9

方案9示出合成具有带正电荷的杂环核的环氧化合物的过程中的反应实例。这类环氧离子树脂可与带负电荷的硬化剂(方案1中的第二行)或类似的正性固硬化剂(方案1中的第三行)反应。在两种带正电荷的组分(第三行)的情况下，不形成额外的AB型离子液体，这可适用于某些特性。

方案9。实例：1,3-双(2-环氧乙烷基乙基)咪唑鎓双(三氟甲烷)磺酰亚胺的合成。

合成路线包括2个步骤：在通常的烷基化条件(NaHCO3-乙腈，回流过夜)下，市售咪唑(22)与4-溴-1-丁烯(23)的烷基化和季铵化。季铵化中间体(24)以99％获得。粗产物足够纯并且不需要额外纯化即可用于下一步。烯烃季铵化中间体(24)的环氧化在标准方法下用间氯过苯甲酸(19)在室温下过夜进行。如与脂肪族环氧离子树脂(方案8，化合物20)的类似情况，产品需要繁琐的柱纯化。最终产率为约50％。

方案10

方案10示出根据实施例合成环氧体系的硬化剂化合物的方法中的反应的实例。在此实例实施例中，新的硬化剂旨在具有多分支链结构，以便促进聚合链之间的交联。N1,N1-双(2-氨基乙基)-1,2-乙二胺(化合物26，方案10)在室温条件下使用BOC(例如，叔丁氧羰基)保护基团保护并搅拌过夜。保护的化合物(28)然后在120℃下在乙腈回流下在搅拌过夜的情况下使用甲基碘进行烷基化，烷基化反应之后为TLC跟踪直到(28)完全消耗，溶剂和MeI(碘甲烷)过量通过在4小时期间在45℃-50℃和30mmHg下旋转蒸发去除，之后为在室温和全真空下干燥。值得一提的是，选择MeI烷基化剂是因为试剂易于获得，但有多种选择可供选择，并且最终选择可用于改变整个环氧树脂体系的特性。使用HCl-二噁烷溶液去除BOC保护，并使用NaOH中和剩余的酸。在此步骤之后，通过离子液体在LiTFSI水溶液中的复分解获得最终的离子液体，通过用纳米纯水洗涤几次并在50℃和15mmHg下旋转蒸发4小时来去除无机盐。获得呈粘稠白色液体的化合物(30)2-氨基-N,N-双(2-氨基乙基)-N-甲基-乙胺双(三氟甲烷)磺酰胺，在室温和全真空下干燥24小时。

方案10。实例：2-氨基-N,N-双(2-氨基乙基)-N-甲基-乙胺双(三氟甲烷)磺酰亚胺的合成。

本文描述与化合物(15)和(30)的测试反应的实例结果。更具体地，将一克2-氨基-N,N-双(2-氨基乙基)-N-甲基-乙胺双(三氟甲烷)磺酰胺(30)与一克四丁基鏻γ-甲基-4-(2-环氧乙烷基甲氧基)-γ-[4-(2-环氧乙烷基甲氧基)苯基]-苯丁酸酯(15)(摩尔比1.5:1)并在硅胶模具中在120℃下固化12小时，得到硬的固体材料，颜色为淡黄色，其中产生的第二离子液体为四丁基鏻双(三氟甲烷)磺酰胺。

方案11和12

下面，方案11和12示出旨在促进聚合物链之间交联的多分支链硬化剂化合物的两个额外的具体实例。

方案11示出四溴化四[1-(2'-氨基乙基)-2-甲基-1H-咪唑-3-鎓甲基]甲烷(34)的合成的实例。合成路线从四(2-甲基咪唑-1-基甲基)甲烷(又名季戊四醇四咪唑)(31)与先前获得的三苯甲基保护的溴乙胺(3)在DMF中加热过夜的季铵化开始。季铵化的四溴化物中间体(32)通过在MeOH-二氯甲烷体系(5％至20％的MeOH)中以62％的产率从副产物混合物中分离出来。

三苯甲基保护的去除根据标准程序在强酸性介质中甲醇水溶液中进行。在环境温度下16小时后，脱保护完成并通过醚萃取去除三苯基甲烷副产物。从水相中蒸发和真空干燥后，获得高度吸湿的四溴化四盐酸盐(33)。用水性介质中的NaOH仔细碱化此四盐酸盐(33)，随后蒸发溶剂并从NaCl乙醇萃取，以定量产率提供不含目标的四氨基交联剂(34)。

方案11。四溴化四\[1-(2'-氨基乙基)-2-甲基-1H-咪唑-3-鎓甲基]甲烷的合成

方案12示出三溴化1,3,5-三[1-(2'-氨基乙基)-2-甲基-1H-咪唑-3-亚甲基]苯三溴化物(39)的合成的实例，其也用作环氧体系的新的硬化剂。在此实例中，新的硬化剂具有三个分支链结构，具有季铵化咪唑鎓部分和芳香族苯核。

此硬化剂的第一步是合成单烷基化2-甲基咪唑(35)，其被认为是合成此类分子的新基石。事实上，此合成为制备上文提到的季铵化三苯甲基保护的二氨基中间体(5)的第一步。为了获得单烷基化中间体，反应物(3)和(4)之间的反应在室温下以等摩尔比进行。无机副产物NaBr容易通过水-二氯甲烷后处理去除，之后目标化合物(35)以产率78％从二氯甲烷相中分离为结晶产物。通过此方法获得的产物(35)足够纯用于进一步转化，但出于分析目的可从己烷中重结晶。

在此制备路径中的下一个步骤是用先前合成的1,2,3-三(溴甲基)苯(36)在加热下在DMF中在80℃下19小时的中间体(35)的季铵化。去除DMF后，季铵化的三溴化物中间体(37)通过随后用乙醚和丙酮处理与呈低溶解性沉淀物的杂质分离。以98％的产率获得，产物(37)是相当纯的(如纯度大于90％)，无需额外纯化即可进一步使用。出于分析目的，可从水中重结晶产物的样品。

三苯甲基保护的去除根据标准程序在强酸性介质中甲醇水溶液中进行。在环境温度下18小时后，脱保护完成并通过醚萃取去除三苯基甲烷副产物。从水相中蒸发和真空干燥后，获得高度吸湿的三溴化三盐酸盐(38)。用水性介质中的NaOH仔细碱化此三盐酸盐(38)，随后蒸发溶剂并从NaCl乙醇萃取，以产率94％提供不含目标的三胺交联剂(39)。咪唑鎓类多支链交联剂离子液体添加剂的优点中的一个为提高与咪唑鎓类树脂和硬化剂的混溶性。

方案12。三溴化1,3,5-三[1-(2'-氨基乙基)-2-甲基-1H-咪唑-3-鎓亚甲基]苯的合成

方案13

方案13示出根据实施例促进环氧体系的改性剂(例如促进剂或催化剂)的合成的反应的实例。这类促进剂/催化剂可加速反应，如方案1中所示的反应。

可将聚合反应的改性剂合成为离子液体或离子化合物，将减轻甚至消除VOC排放的可能性。最常用的反应改性剂中的一个为DABCO，其在聚合反应中的催化作用有助于加速固化过程。尽管离子DABCO化合物的合成是已知的，但其离子形式已被测试为抗微生物剂，但未作为聚合改性剂进行测试。在一个说明性实施例中，可例如通过在二氯甲烷中在回流条件和过夜搅拌下将1,4-二氮杂双环[2.2.2]辛烷与1-溴辛烷直接烷基化来合成dabco鎓合物。可以定量产率获得溴化辛基Dabco鎓。

方案13。溴化N-辛基dabco鎓的一般合成程序。

此环氧技术方法的一个优点为可调谐聚合反应期间产生的离子液体的特性，以便根据每种材料的具体用途赋予最终产品不同的特征。此原位改性剂可被设计为疏水或亲水的，以充当聚合物网络的增塑剂和/或凝固以以充当填充剂。替代地或另外，这类原位改性剂可适于用于提供医用抗细菌离子液体。

实例和环氧体系

图4示出根据实施例的环氧体系的实例，其包括在方案1中示出的特征中的一些或全部。更具体地，图4示出包括无溶剂环氧树脂(二环氧次膦酸盐四丁基鏻)和硬化剂(溴化二甲胺咪唑)的体系的一个实例。当这类体系的聚合反应完成时，作为副产物获得的所得离子液体可包括溴化四丁基鏻，其继而可用作-例如-聚合次膦酸盐/二甲胺咪唑鎓网络的增塑剂。

图5示出根据实施例的环氧体系的实例，其包括在方案1中示出的特征中的一些或全部。更具体地，图5示出可能的无溶剂离子液体环氧体系的一个实例。举例来说，如果用户需要具有超疏水表面的聚合物，那么可设计硬化剂和树脂以在聚合反应发生后产生超疏水离子液体，如咪唑鎓双[双(五氟乙基)氧膦基]酰亚胺离子液体，其中阴离子部分为离子液体的疏水部分。一种这类离子液体环氧体系在图5中示出。

图6示出根据实施例的环氧体系的实例，其包括在方案1中示出的特征中的一些或全部。更具体地，图6说明超疏水阳离子，如三(正己基)[2-乙氧基-2-氧乙基]铵的替代用途。

图7示出根据实施例的环氧体系的实例，其包括在方案1中示出的特征中的一些或全部。在图7所示的实例实施例的情况下，最终产物的疏水-亲水特性可被调谐并且可在聚合过程之后使用具有过渡疏水性的离子液体进行改变。在此情况下，疏水性通过二氧化碳的存在而改变。在无CO₂环境中，这种离子液体具有疏水性能。当材料暴露于CO₂时，离子液体转变为亲水状态。这种现象为可逆的，并且甚至在环氧树脂固化后也能提供可调谐的材料。在衍生自吡唑、咪唑和三唑的阴离子部分中也观察到了相同的性能。

图8示出根据实施例的环氧体系的实例，其包括在方案1中示出的特征中的一些或全部。在固化过程之后，第二离子液体的产生可适用于离子液体环氧树脂的各种医学、制药和/或其它重要应用领域。一些实施例以不同方式提供药品的长期释放系统-例如使用药学上活性离子液体，如衍生自布洛芬酯和利多卡因鎓那些。根据各种实施例，可从这些离子液体获得几种组合，以打开-例如-止痛药释放套管的可能性(图8)。由此产生的第二离子液体将为利多卡因鎓布洛芬酯。

图9A-9F示出根据实施例的环氧体系中的每种的阴离子部分和阳离子部分的各种实例-例如，各自分别以不同方式用作方案1的阴离子部分A^-或阳离子部分B⁺中的相应一个-。一些实施例以不同方式将环氧聚合物技术与新兴的药物活性离子液体领域混合。图9A-9F示出可适于根据各种实施例使用的有用的治疗性材料的一些实例。

图10A-10I示出根据相应实施例的环氧体系中的每种的硬化剂化合物、环氧化合物和修饰剂的各种实例。图10A-10I中所示的一些或所有化合物可各自为具有例如方案1中所示体系的所有特点中的一些的相应体系的组分。

重要的是要注意，大量可能的抗衡离子的存在允许最终聚合物的设计满足无溶剂离子液体环氧体系的最终用户所需的各种规格中的任何一种。适当离子的组合可调谐聚合物特性，如柔韧性、硬度、疏水性、固化时间、固化温度、建立第二反应、离子电导率等。此外，离子液体交联剂、促进剂和催化剂(在图10A-10I中示出的实例)的设计将确保整个环氧体系由零蒸气压组分构成。

至少部分地由于一些或所有这些特征，例如，可生产热固性固态电解质，这在开发用于储存电能的电池中很重要。根据一些实施例的无溶剂离子液体环氧体系允许将电解质注入电池结构中，建立聚合反应以提供完全聚合的、离子液体填充的固态电解质。

图11示出根据实施例相应环氧体系中的每种的阴离子部分-例如在方案1中示出的阴离子部分A^--的各种实例。图12示出根据实施例相应环氧体系中的每种的阳离子部分-例如在方案1中示出的阳离子部分B⁺-的各种实例。

如上文提到，疏水材料可选择硬化剂和环氧离子液体的对应的抗衡离子由离子液体环氧树脂生产。根据不同的实施例，多种疏水阴离子(图11)和疏水阳离子(图12)可用于促进组合的选择，所述组合精确地适应最终材料的特定所需疏水水平。

图13示出根据实施例相应环氧体系中的每种的阴离子部分-例如在方案1中示出的阴离子部分A^--的各种实例。如图11所示的实施例所说明，可合成环氧化物离子液体，其中第二离子液体具有显著的亲水特性。许多无机阴离子为高度亲水的(图13)，需要大量阴离子来生产离子液体。

图14示出根据实施例相应环氧体系中的每种的阳离子部分-例如在方案1中示出的阳离子部分B⁺-的各种实例。图14说明无机阳离子和具有也是高度亲水的氢键供体部分的有机阳离子。

图15A-15F示出根据实施例相应环氧体系中的每种的离子液体环氧化合物-例如如在方案1中示出的-的各种实例。生物活性离子液体(BAIL)的范围很广，从具有除草特性的离子液体到具有抗肿瘤活性的离子液体。一些实例在图15A-15F中示出。定期引入新的BAIL，并且这些BAIL中许多可用作离子液体环氧体系中的第二离子液体，在适当的固化过程后提供药物洗脱材料。其它实例为衍生自氟芬那酸(非甾体抗炎药)和氨苄西林(抗肿瘤活性)的离子液体。

图16A-16F示出根据实施例各自通过相应环氧体系的反应形成的各种示例副产物化合物。举例来说，图16A-16F中所示的化合物均可通过方案1中所示的阴离子A^-与阳离子B⁺的反应形成。

增塑剂用于改变不同聚合物的机械特性-例如，改变刚性、变形性、伸长率；韧性、加工粘度、使用温度等。传统上，有两种类型的增塑剂：内增塑剂和外增塑剂。内增塑剂为对聚合物的结构改性，影响其机械特性，即共聚部分、取代基的添加等。外增塑剂为在聚合物加工过程中并入的添加剂，对聚合物的结晶度有影响。有机溶剂通常用作增塑剂，但其效率通常与溶剂在聚合物结构中的持久性有关。许多常见的增塑剂会随着时间的推移而消散-例如，消散速度取决于如挥发性、沸点、渗透压和溶剂能力等参数。由于这类问题，在一些实施例中，具有相对非常低的蒸气压的离子液体可用作一类新的增塑剂。这种用途可利用更好的溶解能力、渗透压和低挥发性。一些用作增塑剂的离子液体在图16A-16F中示出，并且它们都可用作离子液体环氧化物体系中的第二离子液体。

图17A-17D示出根据实施例相应环氧体系中的每种的离子液体环氧化合物-例如如在方案1中示出的-的各种实例。近年来，人们发现各种聚合物配制物中双酚A(BPA)的存在会带来健康问题。BPA与女性和男性的生殖系统问题、儿童出生缺陷、代谢疾病和免疫系统影响有关。由于这些和/或其它原因，制造商在聚合物生产中选择不含BPA的选项很重要。由于根据各种实施例的无溶剂离子液体环氧化物体系具有低的固有蒸气压并且挥发性BPA的风险相对较低，因此它们对于减轻旨在供人类使用的聚合物类产品中BPA污染的可能性是重要的。脂肪族体系为可缓解BPA问题的实施方式的一个实例。图17A-17D示出一些提议的结构，以减轻BPA副产物的可能性。

图18A-18B示出各自包括根据实施例的相应环氧材料的装置的实例。举例来说，图18A和18B的装置可各自包括如在方案1中示出的这类反应形成的相应环氧材料。

固体电解质和电化学致动器密切相关-例如，这两个系统通常都受到聚合基质的影响，聚合基质含有两个电子导体(电极)之间的电解质(有机或无机盐)。主要区别在于，在固体电解质中，对应的化学物质通常设计为最小化电极的体积变化，由于施加的电势(图18A)引起的离子迁移引起的体积变化，其中电解质浓度在充电和放电循环是恒定的。另一方面，在电化学致动器中，需要不同的效果-例如，其中电极体积和电解质浓度变化。因此，可能需要不同的化学物质来引起电极的不同体积变化(图18B)，导致电池一侧的压缩和另一侧的膨胀，这种现象用于产生与施加到电池的电势差。

根据不同实施例的离子液体环氧化物体系可以不同方式适用于生产相应的固体电解质和电化学致动器。这类环氧化物体系可促进聚合基质(环氧化物聚合物)的合成，同时产生作为聚合反应副产物的第二离子液体。具有固态电解质的电化学电池和电化学致动器之间的转换可基于第二离子液体离子的设计时间选择和电极的组成。此外，这些机电特性的存在可使离子液体环氧化物体系提供改进的压电材料设计和开发-例如，由于聚合物中的机械应力和施加的电化学电势之间存在很强的对应关系。此技术的一个可能用途是构造各种传感器。

自修复聚合物

图19示出包括根据所公开的实施例的环氧材料例如通过在方案1中示出的这类反应形成的环氧材料的自修复聚合物的实例。自修复聚合物为能够自我修复机械损伤，如划痕、刺穿或开裂的材料。有几种机制可为聚合物提供自修复性能，最常用的是形成填充有单体材料和催化剂的微胶囊，所述单体材料和催化剂在形成机械损伤后发生反应。然而，也有由离聚物链组成的聚合材料，其中修复过程驱动聚合物结构中存在的电荷的静电吸引。图19示出这种体系的修复过程的横截面图。

根据一些实施例的离子液体环氧化物体系的性质可以不同方式使得具有固定电荷的聚合物链能够适合于促进材料的自修复特性，例如，其中在聚合反应期间产生的第二离子液体将用作增塑剂改善最终产品的机械性能。

聚合物膜

图20示出包括根据所公开的实施例的环氧材料，例如通过在方案1中示出的这类形成的环氧材料的膜的实例。

可使用离子液体对环氧化物聚合物进行改性以改变固化反应条件，如温度、时间、硬化剂/树脂比率等。举例来说，当用作改性剂时，环氧体系中的离子液体含量可在每百份橡胶2至5份(phr)的范围内。在固化过程期间，可使用5至10phr范围内的离子液体来改变一些环氧化物组分的粘度。然而，在离子液体含量较高的情况下(约占总质量的30％至70％w/w)，离子液体往往会在最终材料中产生空隙空间。洗涤掉此离子液体后，所得材料为高度多孔的固体，其多孔尺寸约为10-20μm(参见图20具有50％四丁基鏻TFSI离子液体的Jeffamine-BPA体系的SEM图像)。

根据一些实施例的离子液体环氧化物体系可以产生类似的结果，最终产品可用作具有高度规则多孔尺寸的过滤器结构。通过改变离子液体含量，可选择性地设计(“调谐”)过滤系统的所得多孔尺寸和选择性。

具有无溶剂离子液体环氧树脂电池隔膜(SILER)

在实施例中，所公开的离子液体用作离子热固性交联剂。举例来说，在一些实施例中，具有表1中提供的结构的分子用作IT-交联剂。预期所公开的离子液体可用作各种工业用途的离子热固性交联剂。在一些具体实施例中，IT-交联剂与无溶剂离子液体环氧树脂(SILER)一起用于构造电池隔板。离子电导率是那些材料的基本特性。图21A-23示出证明所公开的组合物用作IT-交联剂的能力的研究。首先，通过电化学阻抗谱测试了几个用IT交联剂改性并含有额外离子液体的SILER聚合物样品。全聚合物样品放置在两个锌板之间，并且使用定制的手压机控制厚度并连接到GAMRY恒电位仪。聚合物样品具有相同的基本配制物(咪唑鎓BF4树脂、溴化咪唑鎓硬化剂和溴化四咪唑鎓交联剂，摩尔比分别为10:9:1)并用20％m/m的额外的离子液体改性以提高材料的导电性。聚合物样品在60℃下固化过夜以确保完全聚合。将三氟甲磺酸二乙基甲基铵(DEMATF)添加到一个样品中以确定质子电导率；另一个含有氯化锌，0.2M于三丁基辛基溴化鏻中，模拟商用锌电池中的典型浓度。三个样品用锂电池中使用的不同锂化合物改性：双(三氟甲烷)磺酰胺锂(LiTFSI，0.2M)、碳酸锂(LiCO3，1M)和六氟磷酸锂(LiPF6，1M)于溴化三丁基辛基鏻中。所得电化学阻抗谱在图21A-21E中示出。以下离子热固性聚合物样品的电导率递增顺序是DEMATF<ZnCl2<LiTFSI<LiCO3<LiPF6。截距处的Z'值通过最佳拟合半圆方程估计，并且对应的电导率使用每个样品的特定几何尺寸计算，并且在下表2中示出。含有1M LiPF₆的聚合物的电导率比含有DEMATF的聚合物高三个数量级(见表2)。值得注意的是，传统的环氧聚合物需要达到40％至60％的离子液体含量才能具有相似的导电率，从60重量％减少至20重量％表明IT结构对离子导电性的优于非离子环氧材料。

表2.含有20％m/m额外离子液体的SILER聚合物样品的电导率值，单位为uS/m。使用两个锌板组装电化学电池并连接到Gamry恒电位仪。根据截距处的电化学阻抗Z'和各个几何尺寸估计值。

研究在各种组合物中用IT交联剂改性的不同SILER聚合物的拉伸强度及其与完全配制的商业聚合物的比较(见图22A和22B)。图22A和22B示出单独的商业环氧聚合物和IT-交联剂聚合物的典型拉伸强度对应变的关系；所有聚合物都被模制成狗骨形状(46mm×10mm×2mm)。当聚合物添加40％m/m的溴化三丁基辛基鏻固化时，商业聚合物的最大强度为46MPa，这是电池隔膜中足够的离子导电性所必需的；最大抗拉强度下降到8MPa。此外，在样品断裂前观察到显著的粘弹性性能，这被认为与额外的离子液体的增塑作用有关。

SILER/IT交联剂聚合物样品(任一个与mol比为10:9:1的咪唑鎓BF₄树脂、溴化咪唑鎓硬化剂和三乙基甲基铵溴交联剂(图22B，三角形)或四咪唑鎓胺溴交联剂(图22B，椭圆形)的组合物)含有20％额外离子液体。使用线性三胺交联剂的SILER聚合物的极限拉伸强度值为15.4MPa，并且对应于四咪唑鎓胺交联剂的值为28.2MPa。在这两种情况下，都没有明显的粘弹性区域存在。预期SILER/IT-交联剂聚合物可包括添加剂平衡以匹配商业环氧树脂的添加剂平衡以赋予改进的固化和最大强度。因此，所公开的聚合物提供改进的机械强度特性，其不因增加离子电导率而牺牲。

测试的另一种特性为SILER组分和聚合物吸收水蒸气的能力。为了测量此特性，咪唑鎓BF₄树脂、溴化咪唑鎓硬化剂线性三乙基甲基铵交联剂和两种SILER聚合物(树脂:硬化剂:交联剂为10:9:1，一种使用BF₄树脂，另一种使用其PF₆版本)的样品，在不同的相对湿度下保持稳定：10％、30％、50％、70％和90％，直到检测到最小质量变化。典型的等温线，绘制为Δm/m₀对RH在图23中示出。线性交联剂和溴化咪唑硬化剂在所有相对湿度下均示出较高的吸水率，最大值分别为127％和120％。SILER咪唑鎓BF₄树脂在所有相对湿度下的吸水量都可忽略不计。聚合物的性能取决于树脂阴离子。具有最疏水阴离子(PF₆)的聚合物具有最大Δm/m₀值为27％(90％RH)，疏水较小的(BF₄)接近三倍高，在相同的相对湿度下为76％。当RH扫描方向相反时，所有样品的Δm/m₀对RH绘图的性能没有明显的滞后，示出可逆的吸水/解吸过程。

虽然已经在本文中示出且描述了某些实施例，但是所属领域的一般技术人员应了解，在不脱离范围的情况下预测实现相同目的的多种替代和/或等效实施例或实施方案可取代示出和描述的实施例。所属领域的技术人员将容易了解，可以很多种方式实施实施例。本申请旨在涵盖本文中所论述的实施例的任何修改或变化形式。因此，显然希望实施例仅由权利要求书及其等效物限制。